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有機金属化学において、金属-ハロゲン交換は有機ハロゲン化物を有機金属生成物に変換する基本的な反応です。この反応では、通常、電気陽性金属 (Li、Na、Mg) と有機塩化物、臭化物、ヨウ化物が使用されます。特によく開発されているのは、有機リチウム化合物の製造における金属-ハロゲン交換の使用です。
リチウム-ハロゲン交換
リチウム-ハロゲン交換には、有機リチウム化合物が関与する反応とリチウム金属が関与する反応の 2 種類が考えられます。市販の有機リチウム化合物は、リチウムと有機臭化物および塩化物との不均一 (スラリー) 反応によって生成されます。
- 2 Li + R−X → LiX + R−Li
多くの場合、ハロゲン化リチウムは可溶性生成物中に残ります。
この記事の大部分は、予め形成された有機リチウム化合物の均一（単相）反応に関するものです。
- R−Li + R'−X → R−X + R'−Li
ブチルリチウムが一般的に使用されています。ギルマンとウィッティヒは1930年代後半に独立してこの方法を発見しました。[1]塩が生成されないため、これは塩メタセシス反応ではありません。
リチウム-ハロゲン交換は、ビニル、アリール、および第一級アルキルリチウム試薬の調製によく使用されます。ビニルハロゲン化物は通常、二重結合の立体化学を保持したままリチウム-ハロゲン交換を受けます。[2]アルコキシルまたは関連するキレート基の存在は、リチウム-ハロゲン交換を加速します。[3]リチウムハロゲン交換は、通常、高速反応です。通常は求核付加よりも速く、プロトン移動の速度を超えることもあります。[4]
交換速度は通常、I > Br > Clの傾向に従います。アルキルおよびアリールフルオリドは、一般的に有機リチウム試薬に対して反応しません。リチウム–ハロゲン交換は速度論的に制御され、交換速度は主に有機リチウム試薬のカルボアニオン中間体の安定性（sp > sp 2 > sp 3）によって影響されます。[5] [3]
メカニズムと範囲
リチウム-ハロゲン交換には2つのメカニズムが提案されている。[6] 提案されている経路の1つは、可逆的な「アート錯体」中間体を生成する求核メカニズムを伴う。ファーナムとカラブレーズは、TMEDAと錯体を形成した「アート錯体」リチウムビス（ペンタフルオロフェニル）ヨウ化物を結晶化した。[7] 「アート 錯体」はさらに求電子剤と反応し、ペンタフルオロフェニルヨウ化物とC 6 H 5 Liを与える。[7]多くの速度論的研究はまた、リチウム種のカルバニオンがアリールハライドのハロゲン原子を攻撃する求核経路を支持している。[8]提案されている別のメカニズムは、ラジカル生成を伴う一電子移動を伴う。第二級および第三級アルキルリチウムとアルキルハライドの反応では、ラジカル種がEPR分光法によって検出された。[9] [6]リチウム-ハロゲン交換のメカニズム研究は、有機リチウム種の凝集体の形成によって複雑になっている。
その他の金属
- マグネシウム-ハロゲン交換
グリニャール試薬は、予め調製したグリニャール試薬を有機ハロゲン化物で処理することによって調製することができる。この方法の利点は、マグネシウム転移が多くの官能基を許容することである。典型的な反応は、イソプロピルマグネシウムクロリドとアリール臭化物またはヨウ化物を含む：[10]
- i -PrMgCl + ArCl → i -PrCl + ArMgCl
マグネシウムアート錯体メタレートアリールハライド：[11]
- ArBr + Li[MgBu 3 ] → ArMgBu 2 + BuBr
- 亜鉛-ハロゲン交換
亜鉛-ハロゲン交換反応: [12]
- LiBu 3 Zn + R−I → Li[R−ZnBu 2 ] + BuI
アプリケーション
有機合成においてはいくつかの例が見受けられる。[13]
以下は、リチウム-ハロゲン交換反応がモルヒネの合成過程である。ここでは、n-ブチルリチウムを用いて臭化物とリチウム-ハロゲン交換反応を行う。求核性カルボアニオン中心はすぐにカルボリチウム化反応を起こして二重結合を形成し、隣接するスルホン基によって安定化されたアニオンを生成する。アニオンによる分子内S N 2反応により、モルヒネの環状骨格が形成される。[14]
リチウム-ハロゲン交換は、パーハム環化反応の重要な部分です。[15]この反応では、ハロゲン化アリール（通常はヨウ化物または臭化物）が有機リチウムと交換され、リチウム化されたアレーン種を形成します。アレーンが求電子性基を持つ側鎖を持っている場合、リチウムに結合したカルバニオンは分子内求核攻撃を行い、環化します。この反応は、複素環形成に有用な戦略です。[16]以下の例では、パーハム環化反応はイソシアネートの環化で使用され、イソインドリノンを形成し、その後ニトロンに変換されました。ニトロン種はさらにラジカルと反応し、生物学的ラジカルプロセスを研究するための「スピントラップ」として使用できます。[17]
MitoSpinにおけるParham環化
参考文献
- ^ ギルマン、ヘンリー; ランガム、ライト; ヤコビー、アーサー L. (1939)。「有機リチウム化合物の調製における副反応としてのメタル化」アメリカ化学会誌。61 ( 1): 106–109。doi :10.1021/ja01870a036。ISSN 0002-7863 。
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